[시스템 반도체] 시스템 반도체 종류

시스템 반도체(비메모리 반도체): 다품종 소량생산, Foundry위탁생산. LSI에서 연구한 반도체

1. Analog IC

아날로그 신호의 양을 증폭하거나 제어해 디지털 신호로 변환하는 IC, 연속적으로 변화하는 값을 다룸. 빛, 소리 등의 측정값

PMIC, CIS, 전력관리칩(핸드폰 자동 화면 꺼짐), 구동칩(화면 터치 시 켜짐) 등이 있음. 60%의 반도체

-PMIC (Power Management Integrated Circuit)

주 전원을 입력 받아 전자기기에서 요구하는 전압 또는 전류로 변화, 정류, 분배, 제어하는 Chip, 공간 효율을 위한 소자

이를 통해 배터리 전원을 능동적으로 대처해 수명을 연장할 수 있음. (Voltage Scaling), 전력 총괄!

교류->직류 변환, 전압 변환, 전류 분배, 스위칭 역할, Cap 측정 및 충전, Noise 제거, 전력 효율성 증가, 발열 제어

-Optical Semiconductor

빛을 전기신호로 변환하거나, 그 반대의 작용을 하는 것.

-Image Sensor: Photo Diode 집적, R:G:B=1:2:1 비율. 영상정보가 담긴 빛이 렌즈로 들어오면, 디지털 신호로 변환하여 이미지 출력.

-CCD (Charge Coupled Device)

전하량을 직접 전송하는 방식으로 전하 손실이 없이 화질 선명, 노이즈 강함. 소형화 가능

하지만 빛에너지를 축적 후 전기신호로 변환하기에 속도 느림, 복잡, 소비전력 큼, 비쌈

-CIS (CMOS Image Sensor)

2022.06 0.56𝛍m의 Pixel을 2억개 탑재하는 기술 공개. (ISOCELL HP3)

저전력 촬상소자. 피사체의 빛 정보를 읽어 전기적인 영상 신호로 바꿔주는 소자.

필름과 같은 역할. 소형화, 관리 쉬움, 저전력, 효율 높음.

각 셀은 포토 다이오드와 CMOS 스위치로 구성(1화소).

대량생산 가능. 전기신호로 즉시 변환

회로가 행을 선택하면 스위치가 켜지고 그 행의 광전신호가 멀티플렉서로 전송되어 정보를 파악. (병렬-고속)

하지만 디지털 신호로 변환할 때 전하의 손실이 발생해 화질과 감도가 낮음

1) BSI (Back Side Illumination) - 이게 기본!

-후면 조사형, 전면 조사형 개선, 빛이 혼합될 수 있음.

Wafer를 뒤집어 얇게 가공하여 후면으로 빛을 받아드리도록 한 것.

2) ISOCELL (ISOlation pixCELL)

-픽셀간 금속 장벽을 만들어 색 혼합 현상을 막음

하지만 금속 장벽이 빛을 흡수하는 단점으로 감도 개선에 한계 발생

3) ISOCELL Plus

ISOCELL의 금속장벽을 신소재를 이용한 장벽으로 대체하여 감도를 15%이상 높였음.

삼성전자의 CIS 기술

4) Tetra Cell

촬영환경에 따라 어두울 땐 4개의 픽셀이 1개의 픽셀처럼 작용해 감도를 높이고, 밝을 때는 각자 동작하게 하는 기술

5) Tetra2 Cell (2022년 신기술 - ISOCELL HP2, HP3)

최대 16개의 Pixel을 1개로 묶는 방법을 통해 저조도에서도 선명한 이미지 제공.

6) Super QPD (Quad Phase Detection)

좌우 상하의 위상차를 이용해 빠르게 초점을 잡는 기술 = 자동 초점, 선명한 화질 가능

7) Staggered HDR (High Dynamic Range)

밝은 곳과 어두운 곳의 조도차이가 큰 부분이 혼재된 상황에서 노출 시간이 다른 3장의 프레임을 합성해 노이즈를 제거

8) 스마트 IOS 프로 - 저감도 사진을 중감도와 고감도 사진을 바탕으로 개선된 것을 보여줌. 기존과 달리 중감도도 사용.

 

LED (Light Emitting Diode)

발광 다이오드. PN접합이며 순방향 바이어스를 인가하였을 때 Depletion 영역에 있던 이온들이 재결합하면서 에너지를 빛 형태로 방출함.

 

 

2. Micro Components

-CPU(Central Processing Unit): 중앙 처리 장치, Core에 따라 성능 차이. OS실행, Web Browsing, Touch Screen Input관리.

기억, 해석, 연산, 제어의 4가지 핵심 기능을 수행

-GPU(Graphic Processing Unit): 그래픽 처리 장치. 그래픽과 영상 데이터를 처리해 표시, 3D 그래픽 구현,

부드러운 화면을 위한 변환, 병렬 대량 계산(부동 소수점 실수 연산, 벡터 연산)

-NPU(Neural Processing Unit): GPU의 계산 능력을 한층 높인 칩, 사람의 신경망처럼 빠르고 효율적이라서 붙어진 이름.

 딥러닝 알고리즘 연산에 최적화. 동시 다발적인 연산.

-DSP (Digital Signal Processing)

디지털 신호 처리 장치, 실시간 처리 가능, 데이터 스트리밍, Analog-Digital 상호 변환하며 연산을 통해 필터링, 분석 등의 신호 처리.

메인 프로세서를 대신하는 연산에 특화. 예를 들어 다중 곱셈과 같은 Cycle이 많이 필요한 연산을 빠르게 할 수 있음.

매우 빠른 연산이 필요한 항공기, 유도탄, 레이더 등에 CPU와 같이 사용.

-MPU (Micro Processor Unit)

CPU를 대규모 집적화 한 것. 전자기기나 산업용으로 소형화 된 CPU를 일컫는 말.

-MCU (Micro Controller Unit)

CPU+ROM+RAM, 단일칩으로 원하는 기능을 수행 가능. 즉, 메모리까지 내장시키면서 하나의 작은 컴퓨터라고 할 수 있음.

 

3. Logic IC

AND, OR, NOR와 같은 논리 게이트 회로를 집적한 반도체

-범용 (Standard, General) IC - 초고성능 용은 아님.

범용 반도체, 어디서나 사용가능한 Chip, 예를 들어 밥솥의 연산제어장치(MCU)는 다른 가전에도 사용이 가능

DDI (Display Driver IC):디스플레이를 구동하는 수많은 픽셀을 조정하여 다양한 색을 구현.

신호를 받아 RGB 아날로그 값으로 전환해 Display 패널에 전달해 영상을 구현. 선명하게 해 줌 (Up Scaling)

Gate IC: serve 픽셀 On/Off, Source IC: serve 픽셀 신호 양 조절 (색상 차이 구현)

Panel DDI (PDDI): 여러 개 사용, Mobile DDI (MDDI): 1개

T-CON (Timing Controller): DDI가 디스플레이 패널을 구동할 수 있도록 각종 제어신호 및 데이터를 생성. Display의 CPU, 화질 개선

Media IC: 각종 미디어 구현

FPLDs (Field Programmable Logic Device): 사용자가 내부 논리회로의 구조를 변경할 수 있는 IC, 여러 번 고칠 수 있음

-FPGA (Field Programmable Gate Array)

프로그래밍 가능한 논리소자의 배열, Verilog와 VHDL를 이용해 소스를 작성. 사용자의 목적에 따라 다양한 HW를 설계 가능. 연산이 빠름. 도화지라고 생각하면 됨. 수정이 쉬움.

-전용 (Special) IC = ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

특정 응용 분야 및 기기의 특수 기능 하나하나에 맞춘 IC, 주문형 반도체

자동차, 가전, 휴대폰 등 분야별로 기능과 크기가 다르고 그에 따른 Chip이 필요하기 때문. 다품종 소량생산!

FPGA보다 싸고 빠르고 효율이 좋다. 수정이 어렵고, 초기비용이 높다. 대량생산시 오히려 저렴

-AP (Application Processor)

스마트 폰 내 모든 명령을 처리하는 부품, Computer의 CPU와 같은 역할.

CPU, GPU, NPU, ISP, 통신 칩 등 많은 부품으로 구성되어 있음. (System On Chip)

-차량용 반도체

- ASSP (Application Specific Standard Circuit) ≠ 범용 IC

ASIC와 유사하나 범용으로 사용할 수 있는 반도체를 의미함(ASIC를 표준화). 특별용도 반도체, 특정 분야에서만 사용되는 반도체.

다수의 사용자를 위함. 통신 IC, 복사기, 프린터 등의 Controller, USB Interface, DAC 등

- SoC (system On Chip)

MPU/MCU/DSP 코어를 하나이상 포함하면서 다른 주변장치가 포함된 칩. ASIC나 ASSP에 코어가 있다면 SoC임.

따로 구분하기 보단 FPGA, ASIC, ASSP에 코어 유무로 구분하는 기준.